Miocene carbonate platform slopes

Abstract

This thesis aims to unravel the factors controlling the geometries, the facies composition and distribution, as well as the diagenesis of tropical carbonate platform slopes. To achieve these goals, different Miocene tropical carbonate platform slopes from Almería (SE Spain) were mapped, sampled, and digitalized with LIDAR. Field observations were backed up by microfacies analysis, cathodoluminescence, SEM, EDX, and isotopic analysis. The case studies dealing with Neogene deposits are complemented with a data set from the Holocene carbonate platform slopes from the Bahamas. The tropical carbonate platforms of SE Spain in cross-section exhibit progradational patterns with steep clinoform bodies showing a downslope decrease of grain size, from reef-framework blocks and breccia to fine-grained packstone, and a basinward thinning and flattening. Previously, this facies distribution was assumed to be static when performing architecture analyses of the carbonate platform showing the vertical shifts of reef-slope facies during reef progradation following sea-level oscillations. Slope facies distribution and composition, however, are the result of the interaction of several factors such as coral growth, in-situ slope carbonate production, rockfalls and sediment gravity flows, hemipelagic rain, reworking of reef-slope facies and siliciclastic input. The relative impact of these factors was controlled by changes in accommodation related to sea-level fluctuations. Sea-level fluctuations may also change the hydrographical conditions of the basins controlling water stratification and upwelling, which prevailed during relative highstand and promoted the abundance of Halimeda algae, the main component of the proximal slope facies. Upwelling conditions did not occur during late stages of sea-level fall and lowstand and accordingly Halimeda algae are absent in the facies. Therefore this study shows the dynamic behaviour of slope facies changes related to sealevel fluctuations, in contrast to the classic static models. Reef-slope facies may also vary their content in Halimeda algae and serpulids in response to changes of the amount of siliciclastics. Past sea-level changes are also found to control the diagenetic history of the tropical carbonate platforms. The last episodes of platform progradation in the Cariatiz Carbonate platform (Almería, SE Spain) present a complex diagenetic history related to karst development during the late Miocene. The steep angles, over 35°, of the tropical carbonate platform slopes of SE Spain are the result of extensive microbial binding as is the case in Palaeozoic and Triassic settings.

Die Untersuchung der Kontrollfaktoren für Geometrie, Fazieskomposition und –verteilung sowie Diagenese von tropischen Karbonatplattformhängen stellen das Ziel dieser Forschungsarbeit dar. Hierfür wurden verschiedene miozäne tropische Karbonatplattformhänge in der Region Almeria (SO Spanien) kartiert, beprobt und mit Hilfe von terrestrischem Laserscanning (Lidar) digitalisiert. Die Geländedaten wurden hierbei durch die Analyse der Mikrofazies, REM, EDX sowie Isotopenmessungen verifiziert. Diese Fallstudien über neogene Ablagerungen wurden mit einem Datensatz eines holozänen Karbonatplattformhanges auf den Bahamas komplettiert. Die tropischen Karbonatplattformen in Südostspanien sind als steil einfallende progradierende Klinoformkörper aufgeschlossen, deren Korngrößen, Schichtmächtigkeiten sowie Hangwinkel hangabwärts und beckenwärts abnehmen. Die Korngrößen variieren hierbei von Riffgerüstblöcken und Brekzien bis hin zu einem beckenwärtig abgelagerten feinkörnigem Packstone. In der Vergangenheit wurde diese Faziesverteilung, hervorgerufen infolge vertikaler Verlagerungen der Hangfazies durch Meeresspiegelschwankungen während der Riffprogradation, als statisch angenommen. Die Verteilung der Hangfazies ist jedoch das Ergebnis der Interaktion von unterschiedlichen Faktoren wie Korallenwachstum, In-situ Karbonatproduktion am Hang, Felsstürze und gravitatives Sedimentfließen, hemipelagischer Regen, Sedimentaufarbeitung der Hangfazies und siliziklastischer Eintrag. Der relative Einfluss dieser einzelnen Faktoren wurde kontrolliert durch die mit Meeresspiegelschwankungen im Zusammenhang stehenden Änderungen im Akkomodationsraum. Des Weiteren werden Meeresspiegelschwankungen als Ursache für die Änderungen von hydrographischen Bedingungen im Becken angenommen. So kam es während Meeresspiegelhöchstständen zu Auftrieb von Tiefenwässern sowie zur Stratifizierung der Wassersäule. Diese Annahme wird bestätigt durch das häufige Auftreten der Grünalge Halimeda, Hauptkomponent der proximalen Hangfazies. Bei fallendem Meeresspiegel sowie bei Meeresspiegeltiefständen kam es nicht zum Auftrieb von Tiefenwässern, was die Abwesenheit von Halimeda zur Folge hat. Im Gegensatz zum klassischen statischen Modell, zeigt diese Studie ein dynamisches Verhalten von Änderungen der Hangfazies im Zusammenhang mit Meerespiegelschwankungen auf. Die Diagenese von tropischen Karbonatplattformen ist ebenso kontrolliert durch vergangene Meeresspiegelschwankungen. Die letzte Episode der Progradation der Cariatiz Karbonatplattform (Almería, SO Spanien) weist eine komplexe diagentische Entwicklung auf, die auf eine Abfolge von mehreren Verkarstungsereignissen während des Oberen Miozäns schließen lässt. Mikroben als Bindemittel, wie sie ebenfalls in paläozoischen und triassischen Ablagerungen vorkommen, sind verantwortlich für die steilen Hänge (>35°) der tropischen Karbonatplattformen im Südosten Spaniens.